Sci Adv |?沈國(guó)震/劉志榮團(tuán)隊(duì)開發(fā)可吸收聲學(xué)水凝膠貼片，實(shí)現(xiàn)胃吻合口的術(shù)后封堵與早期泄漏監(jiān)測(cè)

胃癌、潰瘍或減重手術(shù)后，醫(yī)生常需將胃或腸道重新吻合。然而，吻合口一旦愈合不良，胃腸液滲漏進(jìn)入腹腔，便會(huì)引發(fā)嚴(yán)重感染、敗血癥甚至死亡。目前，臨床主要依賴 CT 、內(nèi)鏡或癥狀觀察，但這些方法存在輻射暴露、延遲診斷或需二次手術(shù)等問題。如何 能主動(dòng)封堵缺損，同時(shí) 在術(shù)后早期、無創(chuàng)、持續(xù)地監(jiān)測(cè)泄漏，一直是外科和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的難題。

北京理工大學(xué)沈國(guó)震/劉志榮團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種“植入-穿戴”協(xié)同系統(tǒng)，將酸響應(yīng)聲學(xué)水凝膠與柔性超聲陣列相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了胃吻合口漏的同步封堵與無線聲學(xué)監(jiān)測(cè)。相關(guān)成果發(fā)表于 Science Advances ，題為： Bioresorbable acoustic patch for simultaneous sealing and early detection of gastric leakage 。該系統(tǒng)無需體內(nèi)植入電子元器件， 開創(chuàng)了 胃吻合 術(shù)后管理新模式。

該系統(tǒng)的核心是一種由明膠甲基丙烯酸酯（ GelMA ）、海藻酸鈉（ SA ）和碳酸鈣納米顆粒（ CaCO ? NPs ）組成的水凝膠（ GCS ）。手術(shù)時(shí)，將預(yù)凝膠溶液涂覆于吻合口，紫外光照射 20 秒 內(nèi) 即可原位固化，形成密封層。術(shù)后一旦胃酸滲漏，水凝膠中的碳酸鈣迅速與酸反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳（ CO? ）微泡，同時(shí)釋放的鈣離子觸發(fā)海藻酸鈉二次交聯(lián)，形成更致密的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（ GCS-A ）。這一過程帶來兩大優(yōu)勢(shì)：

封堵增強(qiáng)：二次交聯(lián)使水凝膠的楊氏模量提升約 2.38 倍，粘附強(qiáng)度達(dá) 21.7 kPa ，在離體 豬胃漏模型 中， 24 小時(shí)內(nèi)泄漏量小于 0.6 克，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)材料（ >8.8 克）。

聲學(xué)指示：原位生成的 CO? 微泡與 組織之間存在巨大的聲阻抗差異， 同時(shí)微泡的 非線性振動(dòng)會(huì)顯著增強(qiáng)超聲回波的二次諧波信號(hào)（能量提升 32 倍），使泄漏部位在 B 超和超寬頻非線性（ UWN ）對(duì)比成像中清晰可見。

為實(shí)現(xiàn)術(shù)后便捷監(jiān)測(cè)，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款 4×4 可獨(dú)立尋址的可穿戴超聲陣列，厚度僅 1.28 毫米，可像創(chuàng)可貼一樣貼在體表。每個(gè)陣元可獨(dú)立激活，通過比較 16 個(gè)通道的信號(hào)變化，系統(tǒng)能夠生成二維熱力圖，精確定位泄漏點(diǎn)（空間分辨率約 4 毫米），并實(shí)時(shí)追蹤泄漏范圍的擴(kuò)展。在體外實(shí)驗(yàn)中，酸激活后水凝膠的超聲回波信號(hào)在 1 小時(shí)內(nèi)即顯著增強(qiáng)，監(jiān)測(cè)窗口超過 8 小時(shí)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，在大鼠胃穿孔模型中，系統(tǒng)在術(shù)后檢測(cè)到泄漏信號(hào)的持續(xù)增高，并連續(xù)追蹤 24 小時(shí)。

該水凝膠在正常生理環(huán)境（ PBS ）中約 6 天完全降解；而在酸性泄漏條件下，由于二次交聯(lián) 增強(qiáng) ，可維持穩(wěn)定超過 15 天，為臨床干預(yù)留出充足時(shí)間。皮下及胃壁植入實(shí)驗(yàn)顯示，水凝膠在 4 周內(nèi)基本降解，主要器官未見病理損傷，且能促進(jìn)傷口愈合（ CD31 和 α-SMA 表達(dá)顯著上調(diào)）。

這項(xiàng)研究首次將可吸收封堵材料與可穿戴超聲陣列融合，實(shí)現(xiàn)了“邊封邊查、無線監(jiān)測(cè)”的術(shù)后管理模式。相比傳統(tǒng)CT或內(nèi)鏡，該系統(tǒng)無輻射、可連續(xù)監(jiān)測(cè)、能定位泄漏點(diǎn)，且無需二次手術(shù)取出，具有廣闊的醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用前景。

該研究由北京理工大學(xué)主持完成，第一作者為博士研究生胡峻豪，通訊作者為北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院柔性電子器件與智造研究所沈國(guó)震教授和劉志榮副教授。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec6857

制版人： 十一

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